低功耗自适应折叠比事件驱动型模数转换器
本公开涉及集成电路，更具体地，涉及一种低功耗自适应折叠比事件驱动型模数转换器。
背景技术：
1、在生物医疗电子领域，植入式、便携式的移动设备通常将低功耗和小型化作为首要考虑因素。在实际的应用当中，生物信号经常表现为具有突发性，并伴随较长静息期的特点。在对这类稀疏性较强的生物信号进行模数转换处理时，传统的奈奎斯特采样方式往往会在一些无效信息上浪费不必要的功耗。阈值交叉（lc：level crossing）采样方式是利用信号稀疏性的一种无时钟采样方式，其基本原理是当输入信号发生超过预定阈值的较大变化时，认为采样事件发生并记录采样点的位置，当输入处于静息期时，只要信号不超出预定的阈值电压范围，就不发生采样行为。这种方式不需要采样时钟，避免了固定时钟带来的冗余采样，在节省功耗的同时可以减少采样点数量，减轻系统对数据处理和传输的压力。然而，迄今为止提出的许多事件驱动型模数转换器仍可能在信号的高活动部分期间生成大量样本。当量化分辨率很高以很好地跟踪慢变化信号时，在快变化部分期间将生成大量样本，且容易导致斜率过载失真问题，而如果将量化分辨率设置较低以减少样本数量，并避免斜率过载失真，则信号的低活动性期间可能无法有效跟踪，从而导致信号重构失败。
2、在实现本发明构思的过程中，发明人发现相关技术如自适应量化分辨率、可变分辨率的自适应算法以及“关闭窗口”的自适应方案等至少存在如下问题：虽然样本数量显著减少，但系统电路结构复杂，导致系统功耗过大。
技术实现思路
1、有鉴于此，本公开提供了一种低功耗自适应折叠比事件驱动型模数转换器，用以解决现有技术中模数转换器因系统电路结构复杂导致系统功耗过大的技术问题。
2、本公开的一个方面提供了一种低功耗自适应折叠比事件驱动型模数转换器，包括：可变信号折叠电路，用于根据事件脉冲特定状态对输入信号进行折叠，输出折叠信号；多电平比较器，与可变信号折叠电路的输出端连接，用于将折叠信号与阈值电压进行比较，生成比较结果；控制逻辑电路，与多电平比较器的输出端连接，用于根据比较结果生成事件脉冲，并将事件脉冲作为反馈信号反馈至可变信号折叠电路；时间-电压转换电路，与控制逻辑电路的输出端连接，用于根据事件脉冲的脉冲宽度输出电压值；二进制码产生电路，与时间-电压转换电路的输出端连接，用于根据电压值生成二进制码，并将二进制码传输至可变信号折叠电路；其中，可变信号折叠电路根据二进制码，控制不同折叠比例来得到不同变化率的折叠信号，实现自适应折叠比例。
3、根据本公开的实施例，事件脉冲特定状态分为低电平状态和高电平状态，其中，在低电平状态下，可变信号折叠电路对输入信号进行折叠，得到折叠信号；在高电平状态下，可变信号折叠电路将输入信号调整至共模电压，维持电路稳定。
4、根据本公开的实施例，可变信号折叠电路通过根据二进制码控制接入的电容数量，来控制折叠比例。
5、根据本公开的实施例，阈值电压分为上阈值电压和下阈值电压，其中，多电平比较器的输入端包括：同相输入端，与可变信号折叠电路的输出端连接，用于接收折叠信号；第一反相输入端，与上阈值电压对应的一端连接；第二反相输入端，与下阈值电压对应的一端连接；多电平比较器的输出端包括：第一输出端，用于输出折叠信号与上阈值电压的第一比较结果；第二输出端，用于输出折叠信号与下阈值电压的第二比较结果。
6、根据本公开的实施例，控制逻辑电路的输入端包括：第一输入端，与多电平比较器的第一输出端连接，用于根据第一比较结果产生上阈值事件脉冲；第二输入端，与多电平比较器的第二输出端连接，用于根据第二比较结果产生下阈值事件脉冲。
7、根据本公开的实施例，时间-电压转换电路包括：电容；恒流源，用于为电容提供电荷，其中，在事件脉冲的状态为低电平状态时，恒流源对电容充电，在事件脉冲的状态为高电平状态时，电容放电接地。
8、根据本公开的实施例，二进制码产生电路包括：反相器，用于根据电压值生成脉冲信号，其中，脉冲信号包括由两个支路生成的两个不同的脉冲信号；逻辑门，与反相器的输出端连接，用于根据脉冲信号进行逻辑门运算，得到输入时钟；双时钟同步可逆计数器，与逻辑门的输出端连接，用于根据输入时钟进行二进制码加计数处理或减计数处理，并输出二进制码。
9、根据本公开的实施例，逻辑门被配置为：分别对两个不同的脉冲信号进行逻辑与门运算，能够生成输入时钟中的加计数脉冲信号；分别对两个不同的脉冲信号先进行逻辑非门运算，再进行逻辑与门运算，能够生成输入时钟中的减计数脉冲信号。
10、根据本公开的实施例，可变信号折叠电路、多电平比较器、控制逻辑电路和时间-电压转换电路中的开关被配置为栅压自举开关。
11、根据本公开的实施例，栅压自举开关的输入端包括：第一控制输入端，用于输入控制开关的数字逻辑信号；第二控制输入端，用于输入输入信号。
12、与现有技术相比，本公开提供的低功耗自适应折叠比事件驱动型模数转换器，至少具有以下有益效果：
13、本公开提供的低功耗自适应折叠比事件驱动型模数转换器，利用可变信号折叠电路根据事件脉冲特定状态对输入信号进行折叠，输出折叠信号；利用多电平比较器将折叠信号与阈值电压进行比较，生成比较结果；利用控制逻辑电路根据比较结果生成事件脉冲，并将事件脉冲作为反馈信号反馈至可变信号折叠电路；利用时间-电压转换电路根据事件脉冲的脉冲宽度输出电压值；利用二进制码产生电路根据电压值生成二进制码，并将二进制码传输至可变信号折叠电路。由于时间-电压转换电路对事件脉冲的间隔进行检测，再通过二进制码产生电路调整二进制码，反馈至可变信号折叠电路控制电容分压情况，实现自适应折叠比例，有效的减少了采样数量，且系统仅有一个多电平比较器，结构简单，有效降低了电路的功耗。
技术特征：
1.一种低功耗自适应折叠比事件驱动型模数转换器，其特征在于，所述模数转换器包括：
2.根据权利要求1所述的模数转换器，其特征在于，所述事件脉冲特定状态分为低电平状态和高电平状态，其中，
3.根据权利要求2所述的模数转换器，其特征在于，所述可变信号折叠电路通过根据所述二进制码控制接入的电容数量，来控制所述折叠比例。
4.根据权利要求1所述的模数转换器，其特征在于，所述阈值电压分为上阈值电压和下阈值电压，其中，
5.根据权利要求4所述的模数转换器，其特征在于，所述控制逻辑电路的输入端包括：
6.根据权利要求2所述的模数转换器，其特征在于，所述时间-电压转换电路包括：
7.根据权利要求1所述的模数转换器，其特征在于，所述二进制码产生电路包括：
8.根据权利要求7所述的模数转换器，其特征在于，所述逻辑门被配置为：
9.根据权利要求1～8中任一项所述的模数转换器，其特征在于，所述可变信号折叠电路、所述多电平比较器、所述控制逻辑电路和所述时间-电压转换电路中的开关被配置为栅压自举开关。
10.根据权利要求9所述的模数转换器，其特征在于，所述栅压自举开关的输入端包括：
技术总结
本公开提供了一种低功耗自适应折叠比事件驱动型模数转换器，涉及集成电路技术领域，用以解决现有技术中模数转换器因系统电路结构复杂导致系统功耗过大的技术问题。该模数转换器包括：可变信号折叠电路，用于根据事件脉冲特定状态对输入信号进行折叠，输出折叠信号；多电平比较器，用于将折叠信号与阈值电压进行比较，生成比较结果；控制逻辑电路，用于根据比较结果生成事件脉冲；时间‑电压转换电路，用于根据事件脉冲的脉冲宽度输出电压值；二进制码产生电路，用于根据电压值生成二进制码，并将二进制码传输至可变信号折叠电路；其中，可变信号折叠电路根据二进制码，控制不同折叠比例来得到不同变化率的折叠信号，实现自适应折叠比例。
技术研发人员：郑清滢,尹韬,刘力源,刘剑,吴南健
受保护的技术使用者：中国科学院半导体研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/12/5